FR2601429A3 - Ensemble d'etancheite pouvant etre interpose entre deux elements mobiles l'un par rapport a l'autre - Google Patents
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Abstract
ENSEMBLE D'ETANCHEITE 2 POUVANT ETRE INTERPOSE ENTRE DEUX ELEMENTS 3, 4 MOBILES L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE POUR REALISER UNE ETANCHEITE ENTRE LA CAVITE SITUEE ENTRE LES ELEMENTS 3, 4 ET L'ENVIRONNEMENT EXTERIEUR, COMPOSE DE DEUX ELEMENTS ANNULAIRES 13, 14 DONT CHACUN EST FERMEMENT RELIE A L'UN DES ELEMENTS 3, 4 ET DONT L'UN 14 COMPORTE DEUX SURFACES DE GLISSEMENT 42, 48 PERPENDICULAIRES L'UNE A L'AUTRE. LA CARACTERISTIQUE PRINCIPALE DE CET ENSEMBLE D'ETANCHEITE RESIDE DANS LE FAIT QU'IL COMPORTE UN ELEMENT D'ETANCHEITE ANNULAIRE 15 AYANT UNE LEVRE EN FORME DE MANCHON 33 SUR LAQUELLE EST MONTE UN ELEMENT ELASTIQUE 17 ET DONT PART RADIALEMENT UNE SAILLIE ANNULAIRE 36 QUI PEUT GLISSER SUR L'UNE 42 DES SURFACES DE GLISSEMENT, ET UNE ZONE DE BASE 32 DONT PART UNE DEUXIEME LEVRE 45 INDEPENDANTE DE LA PREMIERE LEVRE 33 ET PRATIQUEMENT PARALLELE A CELLE-CI ET SUSCEPTIBLE DE GLISSER SUR L'AUTRE SURFACE DE GLISSEMENT 48.
Description
Ensemble d'étanchéité pouvant être interposé entre deux éléments mobiles
l'un par rapport à l'autre La présente invention concerne un ensemble d'étanchéité du 5 type à deux lèvres, pouvant être interposé entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre pour réaliser une étanchéité entre eux et susceptibles de préférence, bien que de façon non exclusive, d'être interposés entre la
bague extérieure et la bague intérieure d'un palier à rou10 lement.
On connait de nombreux types d'ensemblesd'étanchéité du type à deux lèvres pouvant être interposésentre les bagues d'un palier à roulement dans le but d'isoler la cavité en15 tre lesbagues elles-mêmes et contenant les éléments de
roulement, de l'environnement extérieur de façon-à empêcher la fuite de lubrifiant ou l'entrée d'agents contaminant, tels que l'eau ou la poussière, dans la cavité ellemême.
Un premier type d'ensemble d'étanchéité connu comprend un anneau métallique de forme appropriée pouvant être monté de force sur la bague extérieure du palier et un deuxième anneau en matière élastomère, présentant deux lèvres ra25 diales pouvant glisser sous une pression prédéterminée sur la surface extérieure de la bague intérieure du palier de manière à réaliser sur elle une étanchéité glissante
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vis-à-vis à la fois des agents extérieurs tendant à pénétrer dans la cavité et vis-à-vis du lubrifiant tendant à s'en échapper. Un deuxième type d'ensemble d'étanchéité comprend deux anneaux métalliques montés de force entre les bagues du palier et un anneau en matière élastomère fixé sur l'un des anneaux
métalliques et ayant deux lèvres, l'une radiale et l'autre axiale, pouvant réaliser une étanchéité glissante associée 10 en liaison avec l'autre anneau métallique.
i Les ensembles d'étanchéité ci-dessus décrits présentent divers inconvénients. En particulier, ces ensembles d'étanchéité sont volumineux, ce qui est particulièrement inaccep15 table dans des applications concernant des paliers à roulement. En outre, si ces ensembles ne sont pas équipés d'éléments élastiques de pression, l'étanchéité peut disparaître avec le temps; d'autre part, s'il existe des-éléments élastiques, ceux-ci augmentent le volume, notamment dans le 20 cas o l'on désire une double étanchéité, à la fois radiale et axiale, et en conséquence, ils réduisent l'espace pour la graisse de lubrification et/ou rendent impossible de ménager
entre les lèvres d'étanchéité un espace de dimension suffisante pour cette graisse, avec par voie de conséquence une 25 faible durée et une faible efficacité de l'étanchéité.
Le but de la présente invention est de procurer un ensemble d'étanchéité pouvant être interposé entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, ne présentant pas les 30 inconvénients exposés ci-dessus et ayant, par voie de conséquence, des dimensions limitées tout en assurant une étanchéité efficace et un volume important pour la graisse de lubrification. Selon la présente invention, il est procuré un ensemble d'étanchéité pouvant être interposé entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre pour isoler une cavité, définie entre ces éléments, de l'environnement extérieur à
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cette cavité, du type comprenant un premier élément annulaire et un deuxième élément annulaire, dont chacun peut être monté, fixe, sur l'un des éléments précités et dont le second a une première surface de glissement et une deuxième surface de glissement pratiquement perpendiculairesl'une à l'autre, un troisième élément annulaire en matière élastomère se projetant directement du premier élément annulaire, et un élément élastique monté sur. une surface extérieure d'une lèvre d'étanchéité annulaire du troisième élément annulaire, caractérisé en ce que la lèvre d'étanchéité a la forme d'un manchon coaxial à I'axe de symétrie du premier élément annulaire et du deuxième élément annulaire, et présente une saillie annulaire centrale s'étendant radialement de sa surface intérieure, pouvant glisser sur la première 15 surface de glissement, et en ce que, en combinaison, le troisième élément annulaire présente une deuxième lèvre d'étanchéité annulaire séparée de la première lèvre et s'étendant dans une direction pratiquement parallèle à cette dernière, cette deuxième lèvre pouvant glisser par une portion 20 terminale sur la deuxième surface de glissement et l'élément élastique étant disposé de manière à exercer simultanément sur les deux lèvres d'étanchéité une force appropriée pour appliquer ces lèvres d'étanchéité respectivement contre la
première surface de glissement et contre la deuxième surface 25 de glissement avec une force prédéterminée.
Pour une meilleure compréhension de la présente invention, on va maintenant décrire une réalisation préférée, uniquement à titre d'exemple non limitatif, en se reportant au 30 dessin joint, sur lequel est représentée une vue en coupe transversale partielle d'un palier à roulement 1 dans lequel est monté un ensemble d'étanchéité repéré dans son ensemble en 2. Le palier 1 comprend une bague intérieure 3, une bague extérieure 4 et au moins une couronne de 35 corps de roulement 5 logée dans une cavité 6 située entre les bagues 3 et 4. Les corps de roulement 5 roulent dans
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des pistes 7 et 8 formées sur une surface extérieure 11 de la bague intérieure et sur une surface intérieure 12 de la bague extérieure 4 respectivement. La cavité 6 est fermée, au niveau de ses extrémités (une seule de celles-ci étant 5 représentée pour une question de simplicité, le palier 1
étant symétrique) par deux ensembles d'étanchéité 2 interposés entre les bagues 3 et 4 et dont un seul est représenté.
L'élément d'étanchéité 2 comprend un premier élément annulaire 13 monté légèrement de force sur la surface 12 de la bague extérieure 4, un deuxième élément annulaire 14 monté légèremement de force sur la surface 11 de la bague intérieure 3 et coaxial à l'élément 13, un anneau d'étanchéité 15 15 relié à l'élément 13 et s'en projetant et logé dans une chambre 16 située entre les éléments 13 et 14, et un élément
élastique 17 monté sur l'anneau d'étanchéité 15.
L'élément annulaire 13 est en métal ou en toute autre ma20 tière rigide ayant une résistance élevée et il a pratiquement la forme d'une coupe, ayant une paroi latérale 18 parallèle à l'axe de l'élément 13 et susceptible d'être couplé à la surface 12, et une paroi inférieure 21 pratiquement perpendiculaire à la paroi 18 et comportant une portion tron25 conique 22 formée le long du bord d'un trou central 23 dans la paroi 21 et se rétrécissant en direction de l'intérieur
de la chambre 16.
L'élément annulaire 14 est également en métal ou en toute autre matière rigide ayant une résistance élevée et il comporte une partie de manchon 24 qui peut être couplée à la surface 11 et une partie de collerette 25 s'étendant perpendiculaire depuis une extrémité de la partie 24, pratiquement à l'intérieur de la cavité 6. La partie de collerette 25 a un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de la paroi 18 de l'élément 13, de manière à définir une ouverture annulaire entre la cavité 6 et la chambre 16, d'une largeur prédéterminée repérée sur le dessin en a. Sur la périphérie de la partie 25, est formé un renfoncement annulaire 26 dont la convexité est dirigée vers l'intérieur de la chambre 16, et qui définit un évide5 ment annulaire 27 regardant vers l'extérieur de la cavité 6. La partie 25 a une bordure périphérie annulaire 28 avec un coin aigu dont part le renfoncement 26 et qui est délimitée en direction de l'évidement 27, par une surface conique divergente par rapport à l'axe de l'élément 14. 10 D'autre part, l'anneau d'étanchéité 15 est en une matière élastomère telle que le caoutchouc ou une résine plastique synthétique, et il est relié à l'élément annulaire 13, en
correspondance avec le trou central 23 de ce dernier, de 15 toute manière appropriée, par exemple, par vulcanisation.
En particulier, la portion 22 de l'élément 13 est partiellement incorporée dans l'élément 15 à l'intérieur d'un évidement 31 formé dans ce dernier. L'anneau ou élément d'étanchéité 15 comporte une zone de base 32 dans laquelle 20 est formée le siège-31, et une lèvre en forme de manchon 33 pratiquement perpendiculaire à cette zone de base, ayant un axe de symétrie coïncidant avec les axes des éléments 13 et 14 et s'étendant longitudinalement en se projetant de la portion 32 en direction de la partie de colle25 rette 25 de l'élément 14; sur la surface extérieure 34 de la lèvre 33 est formée un siège annulaire 35 pour loger l'élément élastique 17 qui, sur le dessin, est représenté en tiretset qui est constitué par un ressort spiral enroulé sous forme d'un anneau autour de la lèvre en forme de man30 chon 33 de manière à exercer sur cette dernière une force
pratiquement perpendiculaire à l'axe de l'anneau 15.
La lèvre en forme de manchon 33 de l'anneau 15, qui,en service,est coaxiale à la partie de manchon 24 de l'élément 14 35 et se trouve à l'extérieur de cette partie, a en section longitudinale pratiquement la forme d'un V avec au centre une saillie intérieure annulaire 36 s'étendant radialement, formée d'une seule pièce avec la lèvre 33 et se projetant de la surface intérieure 37 de celle-ci. La saillie 36 est délimitée par deux parois obliques 38 qui se rejoignent l'une l'autre à un sommet 41 et elle est susceptible de glisser sur une piste 42 formée sur une surface extérieure 43 de la partie 24 à l'intérieur de laquelle elle est logée
lors de l'assemblage.
Selon l'invention, l'élément 17 est disposé avec son axe 10 de symétrie longitudinal décalé par rapport à la position du sommet 41; en particulier, il est excentré en direction de la portion de base 32 par rapport au sommet 41 d'une quantité b mesurée le long de l'axe longitudinal de la lèvre 33, de telle manière que le point d'application de la 15 force élastique que l'élément 17 exerce sur l'anneau 15
est décalé sur l'axe de symétrie de ce dernier par rapport au point d'appui constitué par le sommet 41 de cette quantité b en direction de la zone de base 32.
En combinaison avec cette caractéristique, l'élément d'étanchéité 15 comporte en outre une deuxième lèvre annulaire 45 s'étendant de la zone de base commune 32, indépendamment de la lèvre 33, dans une direction axiale coaxiale à la lèvre 33 elle-même en direction de la partie de collerette 25 25. La lèvre 45 a une première section 46 parallèle à la lèvre 33 et une deuxième section déformable 47 retournée radialement vers l'extérieur,dont une portion terminale glisse sur une surface 48 de la partie de collerette 25 orientée vers l'anneau 15 et, en particulier, sur la surfa30 ce 48 du renfoncement 26 contre laquelle l'extrémité de la section 47 vient s'appliquer lors du montage. On doit noter, que,du fait de la conformation de l'anneau 15, un espace annulaire relativement important 51 entre cet anneau 15 et la bague 14 est défini et isole la chambre 6 de l'environ35 nement ambiant à l'extérieur du palier 1. En utilisation, l'espace 51 est rempli de graisse pour augmenter l'action
d'étanchéité et lubrifier les joints glissants.
L'élément 17 applique la lèvre 33 sur la partie de manchon 24 de l'élément 14, avec une pression prédéterminée, et en particulier, il presse le sommet 41 contre la piste 42. De cette manière, l'anneau 15 constitue un joint d'étan5 chéité radial par rapport à l'extérieur de l'espace 51, ce qui empêche des agents contaminants extérieurs de s'infiltrer dans la cavité 6, en même temps que ceci empéche la fuite du lubrifiant de cette cavité. Du fait du décalage entre les lignes passant par le sommet 41 et le point d'application de la force de l'élément 17, cette dernière n'est pas limitéeà une action de poussée radiale, mais elle provoque simultanément une rotation en direction de la partie de manchon 24 de l'élément 14 de la portion de lèvre 33 la plus voisine de la zone de base 32 dans la direction de 15 la flèche. Du fait de cette déformation et de la forme décrite de l'élément 15, on obtient dans ce dernier un effet de basculement qui consiste en une série de rotations induites dans la direction des flèches par le moment provoqué par le déport b du ressort 17, rotations qui déforment l'élément 15 de manière à appliquer la lèvre 46 axialement contre la surface 48. Du fait de cet effet de basculement, la lèvre 45 est poussée en direction de la lèvre en forme de manchon 33,mais, de cette manière, la section 47 de la lèvre 45 ne fait que s'appliquer plus fortement sur la
surface 48 de la partie de collerette 25 de l'élément 14.
En même temps que ce qui précède, il est ainsi formé une étanchéité axiale entre la chambre 16 et l'espace 15 qui empêche la pénétration de contaminants dans l'espace 51.
Parmi d'autres choses, on doit noter que la largeur limitée de l'ouverture qui fait communiquer la chambre 16 avec l'extérieur du palier constitue également un joint à labyrinthe qui freine à la fois la fuite possible de lubrifiant de l'espace 51 et la pénétration dans la chambre 16 d'agents 35 contaminants éventuels. On doit enfin noter que la forme du bord 28 et la forme de l'évidement 27 augmentent cette
action de freinage vis-à-vis de la pénétration de contaminants et de la fuite de lubrifiant de la chambre 16.
En réalité, du fait du mouvement de rotation relative entre les bagues 3 et 4, les contaminants se rassemblent dans l'évidement 27 dont ils sont projetés vers l'extérieur de la chambre 16 par la forme conique du bord 28 qui agit comme une centrifugeuse. Les avantages obtenus par la structure de la présente invention apparaissent à l'évidence de ce qui vient d'être décrit. En particulier, ils permettent de former des ensem10 bles d'étanchéité agissant simultanément avec une efficacité égale, vis-à- vis des tendances éventuelles du lubrifiant à s'échapper et vis-à-vis de contaminants extérieurs, le tout avec une dimension axiale limitée grâce à la position des joints glissants. En outre, ces joints glissants sont for15 més, l'un dans une direction axiale et l'autre dans une direction radiale, et ces deux actions d'étanchéité sont obtenues grâce à un seul élément élastique. Toutefois, la lèvre d'étanchéité axiale est indépendante de la lèvre d'étanchéité radiale et elle est disposée à une distance 20 considérable de celle-ci, ce qui permet d'obtenir une chambre plus grande pour la graisse de lubrification, ce qui améliore l'étanchéité, prolonge la vie de l'ensemble et
facilite sa construction.
Enfin, il est évident que l'ensemble d'étanchéité 2 peut être modifié sans s'écarter du domaine de protection de la
présente invention.
En particulier l'ensemble d'étanchéité 2 peut être interpo30 sé entre toute paire d'éléments en rotation relative, et les éléments 13 et 14 peuvent être fixés sur ces éléments rotatifs de toute manière appropriée, par exemple par des moyens de fixation par encliquetage appropriés, ou par d'autres moyens, tels que des anneaux élastiques, des écrous 35 à anneaux, des épaulements, etc... Il est en outre possible de former sur la surface 48 de la partie de collerette 25 une piste de forme appropriée dans laquelle peut coulisser
l'extrémité de la section 47 de la lèvre 45.
Claims (8)
1. - Ensemble d'étanchéité pouvant être interposé entre deux éléments (3, 4) tournant l'un par rapport à l'autre pour isoler de façon étanche une cavité (6) définie entre ces éléments (3,4) de l'environnement à l'extérieur de la cavité (6), du type comprenant un premier élément annulaire (13) et un deuxième élément (14), dont chacun est monté, fixe, sur l'un des éléments (3 et 4) et dont le second (14) présente une première surface glissante (42) et une deuxième surface glissante (48) pratiquement perpendiculairesl'une à l'autre, 10 un troisième élément annulaire (15) en matière élastomère directement fixé sur le premier élément annulaire (13) et s'en projetant, et un élément élastique (17) monté sur une surface extérieure (34) d'une lèvre d'étanchéité annulaire (33) du troisième élément annulaire (15); caractérisé en ce que la lèvre d'étanchéité a la forme d'un manchon coaxial à l'axe de symétrie du premier et du deuxième élément annulaire (13,14) et comporte, se projetant radialement de sa surface intérieure (37), une saillie annulaire centrale (36) susceptible de glisser sur la première surface de glis20 sement (42), et en ce que, en combinaison, le troisième élément annulaire (15) comporte une deuxième lèvre d'étanchéité annulaire (45) séparée de la première lèvre (33) et s'étendant dans une direction pratiquement parallèle à cette dernière, la deuxième lèvre (45) étant susceptible de glisser 25 par sa portion terminale (47) sur la deuxième surface de glissement (48), l'élément élastique (17) étant disposé de manière à exercer simultanément sur les deux lèvres d'étanchéité (33,45) une force appliquant ces lèvres, sous une pression prédéterminée, contre la première surface de glis30 sement (42) et la deuxième surface de glissement (48), respectivement.
2. - Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sur la surface extérieure (34) de la lèvre 35 en forme de manchon (33), est formé un siège annulaire (35) pour loger l'élément élastique (17) de préférence constitué
par un ressort spiral enroulé sous forme d'un anneau.
3. - Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1 ou la 5 revendication 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (17) est monté sur la lèvre en forme de manchon (33) dans une position axialement déportée par rapport à un sommet
(41) de la saillie centrale intérieure (36) de cette dernière.
4. - Ensemble d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément élastique (17) est déporté de façon excentrée vers une portion de base commune (32) de ces lèvres (33,45), par rapport au sommet (41) de cette saillie 15 intérieure (36) de là lèvre en forme de manchon (33) d'une quantité prédéterminée (b) mesurée selon l'axe longitudinal
de cette dernière.
5. - Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des re20 vendications précédentes, caractérisé en ce que la portion terminale (47) de la deuxième lèvre (45) est retournée
radialement en direction de l'élément (3,4) le plus extérieur (4).
6. - Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, entre le
premier élément annulaire (13) et le deuxième élément annulaire (14), est définie une chambre (16) dans laquelle sont disposés le troisième élément annulaire (15) et l'élément 30 élastique (17), cette chambre (16) communiquant avec l'environnement à l'extérieur de la cavité (6) au moyen d'une ouverture annulaire de largeur prédéterminée (a) définie par le jeu existant entre le premier (13) et le deuxième
(14) élément annulaire.
7. - Ensemble d'étanchéité selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième élément annulaire (14) a une partie de collerette (25) faisant face aux lèvres (33,45) 1 1 et comportant sur la face dirigée vers ces dernières un renfoncement annulaire (26) sur lequel est formée la deuxième surface de glissement (48), cette partie de collerette (25) du deuxième élément (14) comportant,sur la face opposée à celle dirigée vers ces lèvres (33,45), un évidement annulaire (27), et étant délimitéepar un bord périphérique annulaire (28) orienté en sens inverse de cette cavité (6) et ayant une épaisseur décroissante en direction
de son bord.
8. - Ensemble d'étanchéité selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que, entre le troisième élément annulaire (15) et-le deuxième élément annulaire (14), est défini un espace annulaire fermé relativement 15 large (51) entre les lèvres (36 et 45) et rempli, en utilisation, d'une graisse de lubrification pour les joints glissants
de ces lèvres.
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